Book/Report

FZJ-2018-04221

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Untersuchungen von Quantenphänomenen der elektrischen Leitfähigkeit dünner Metallfilme bei ultratiefen Temperaturen

Stasch, R. (Corresponding author)FZJ*

1993
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19348

Report No.: Juel-2759

Abstract: In dieser Arbeit wurden die quantenmechanischen Korrekturen (verursacht durch die Lokalisierungsefekte und die Elektron-Elektron-Wechselwirkung) zur Leitfähigkeitzweidimensionaler, ungeordneter Systeme untersucht. Die Zielsetzung war die Erschließung des Temperaturbereiches von 100 bis 1 mK. Dabei hat sich gezeigt, daß der Wärmeabtransport zur effektiven Kühlung der Schicht von entscheidender Bedeutung ist. Um das Ziel zu erreichen, wurden zwei unterschiedliche Technikeneingesetzt. Bei den im ersten Teil der Arbeit durchgeführten Untersuchungen erfolgte der Wärmeabtransport über das Phononensystem. Der Energiefiuß wird dabeiim wesentlichen durch drei Größen bestimmt: Elektron-Phonon-Wechselwirkung, Kapitza-Widerstand und die Wärmeleitfähigkeit des Substrats. Die Untersuchungenhaben gezeigt, daß die Phononenkiihlung bis 10 mK einsetzbar ist - allerdings nur unter der Voraussetzung, daß die in der Schicht freigesetzte Leistung nicht größer als 2 $\cdot$ 10$^{-15}$ Watt ist. Unterhalb von 10 mK genügt selbst diese minimale Leistung, um die Schicht zu iiberhitzen (deutlich erkennbar an der fehlenden R(lnT)-Abhängigkeit). Für die Phononenkühlung wurde eine extrem schwache Abhängigkeit zwischen der in der Schicht freigesetzten Leistung und der minimalen Elektronentemperatur T$_{me}$, (Definition nach Abb. 4.1) festgestellt. Es gilt: ($T_{me}$ ~ (I$^{2}$R)$^{0.1}$). Die theoretisch erwartete Temperatur- und Magnetfeldabhängigkeit der Lokalisierungseffekte und der Coulomb-Anomalie konnte erstmals bis 10 mK bestätigt werden. Für die beiden untersuchten Metalle Gold und Magnesium kann folgendes festgehalten werden: 1. Das Temperaturverhalten wird im gesamten Temperaturbereich durch die Coulomb-Anomalie bestimmt. 2. Die Magnetfeldabhängigkeit zeigt in beiden Fällen eine Dominanz der Spin-Bahn-Streuung, d. h. es wird Schwache Antilokalisierung beobachtet. Der Bereich, in dem die Spin-Bahn-WW für das verwendete Magnesium (Reinheit: 99.98%) nicht mehr dominant ist, liegt jenseits von 300 mK und 100 mT. 3. Sowohl Au als auch Mg zeigen eine überschüssige Streurate, die nur auf magnetische Verunreinigungen zurückgeführt werden kann und wahrscheinlich mit der Präparatopmethode zusammenhängt. Da die Phononenkühlung unterhalb von 10 mK zu ineffektiv ist, wurde eine zweite Methode eingesetzt, um diesen Bereich zugänglich zu machen. Dabei wurde die in der Schicht erzeugte Wärme direkt über das EIektron.ensystem abgeführt. Mit Hilfe der Elektronenkühlung konnte die logarithmische Temperaturabhängigkeit erstmals bis zu der tiefsten hier erreichbaren Temperatur von 2 mK bestätigt werden. Der Magnetowiderstand wird im gesamten Temperaturbereich durch Lokalisierungseffekte bestimmt. Der Zusammenhang zwischen der in der Probe freigesetzten Leistung und der minimalen Elektronentemperatur T$_{me}$ kann im Fall der Elektronenkühlung nur geschätzt werden (aber recht zuverlässig) und lautet: T$_{me}$ (I$^{2}$R)$^{0.3}$. Nach dieser Schätzung findet auch die Elektronenkühlung bei 1 mK ihre Grenzen, sobald die freigesetzte Leistung größer als ca. 2 $\cdot$ 10$^{-5}$ Watt wird. Als ein besonders interessantes Ergebnis der SQUID-Methode wurde unterhalb 10 mK eine Reduzierung der R(lnT)-Abhängigkeit beobachtet. Damit könnte zum ersten Mal eine gegenseitige Beeinflussung zweier durch eine Tunnelbarriere getrennter, ungeordneter Systeme beobachtet worden sein. Ein solches Verhalten wird theoretisch erwartet, konnte aber noch nie beobachtet werden.

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Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

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Database coverage:

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